(57)【要約】【課題】少なくとも２つの管室と、回転しまたは直線的に駆動される切換部材を備えた１つの被動切換弁とを有する圧力交換器システム用に、長期的に動作信頼性が高くかつ強く負荷可能な解決手段を開発することである。【解決手段】本発明は、少なくとも２つの管室を有する圧力交換器システムであって、複数の切換弁が少なくとも２つの管室内の液体流の流路を切り換え、少なくとも１つの被動切換弁が、高エネルギー高圧流体を供給する１つの供給源と管室との間で流路を交互に切り換えるものに関し、切換弁内で被動切換部材は、液体流を切り換えかつそれまで開口していた流路を遮断するとき、不連続的運動経過を有している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの管室を有する圧力交換器システムであって、複数の切換弁が少なくとも２つの管室内の液体流の流路を切り換え、少なくとも１つの被動切換弁が、高エネルギー高圧流体を供給する１つの供給源と管室との間で流路を交互に切り換えるものにおいて、切換弁内で被動切換部材が、液体流の方向を切り換えかつそれまで開口していた流路を遮断するとき、可変的および／または不連続的運動経過を有していることを特徴とする圧力交換器システム。
【請求項２】
充填された１管室の遮断時に、被動切換部材が低減された運動速度（ｗ）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の圧力交換器システム。
【請求項３】
被動切換部材の運動速度（ｗ）の低減が１管室の閉鎖直前に行われていることを特徴とする、請求項１または２に記載の圧力交換器システム。
【請求項４】
運動速度（ｗ）の低減が数ミリ秒から数秒の範囲内であることを特徴とする、請求項１、２または３のいずれかに記載の圧力交換器システム。
【請求項５】
低圧で充填された１管室の遮断後に被動切換部材が保持点を占めることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の圧力交換器システム。
【請求項６】
保持点において数ミリ秒から数秒の範囲内の滞留時間の間、被動切換部材の運動速度（ｗ）がゼロに低減されていることを特徴とする、請求項５に記載の圧力交換器システム。
【請求項７】
保持点において被動切換部材の滞留時間後、通常の運動速度（ｗ）へと加速が行われていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の圧力交換器システム。
【請求項８】
被動切換部材の駆動モータは、可変回転数および／または行程運動を有していることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の圧力交換器システム。
【請求項９】
駆動モータは、電気式、液圧式または流体力学式サーボモータとして構成されていることを特徴とする、請求項８に記載の圧力交換器システム。
【請求項１０】
駆動モータは、速度および／または動力学に影響を加える調節機構と接続されていることを特徴とする、請求項８または９に記載の圧力交換器システム。
【請求項１１】
管室（３．１，３．２）は、分離ピストン（４．１，４．２）の位置および運動を検出する複数のセンサ（１４，１５）を備えていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の圧力交換器システム。
【請求項１２】
ブースタポンプ（６）および切換弁（７）の下流には、調節可能な弁（１１，１２）が配置されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の圧力交換器システム。
【請求項１３】
ブースタポンプ（６）および／または切換弁（７）は、調節可能な駆動装置（１３，１７）と接続されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の圧力交換器システム。
【請求項１４】
センサ（１４，１５）、調節可能な弁（１１，１２）および調節可能な駆動装置（１３，１７）は、制御兼調節ユニット（１６）と接続されていることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の圧力交換器システム。
【請求項１５】
制御兼調節ユニット（１６）は、センサ信号によって管室（３．１、３．２）および／または分離ピストン（４．１、４．２）内への流体流の運動経過を監視し、かつ所定経過から外れると調節可能な弁（１１、１２）および／または調節可能な駆動装置（１３、１７）に操作信号を送ることによって圧力交換器内でそれらの機能および経過を変えるようにしていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の圧力交換器システム。
【請求項１６】
制御兼調節ユニット（１６）は、圧力交換器の同期化を制御し調節するようになっていることを特徴とする、請求項１５に記載の圧力交換器システム。
【請求項１７】
それ自体公知の素材的に構成された分離体が管室内に配置されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の圧力交換器システム。
【請求項１８】
切換弁は、単数または複数の回転駆動される切換部材を備えていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の圧力交換器システム。
【請求項１９】
切換弁は、単数または複数の可逆的に直線駆動される切換部材を備えていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の圧力交換器システム。
【請求項２０】
切換部材は、回転運動と行程運動とからなる組合せ運動を実行するようになっていることを特徴とする、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の圧力交換器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの管室を有する圧力交換器システムであって、複数の切換弁が少なくとも２つの管室内の液体流の流路を切り換え、少なくとも１つの被動切換弁が、高エネルギー高圧流体を供給する１つの供給源と管室との間で流路を交互に切り換えるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は逆浸透装置の圧力交換器システムを示しており、このシステムを利用して逆浸透モジュールから流出する高い残留圧力を有する液体、いわゆるブラインでエネルギー回収が行われている。圧力交換器システムは回転する切換部材を備えた切換弁を有し、充填されるべき管室または排出されるべき管室の切換は切換部材を利用して行われている。圧力交換器の切換過程中、充填されるべき管室と排出されるべき管室との間で制御下に減圧を可能とするために、回転する切換部材はバイパス穴を有している。しかし、これは付加的損失を引き起こし、これによって、このような逆浸透装置の効率が低下することになる。
【０００３】
特許文献２により、圧力交換器において別形式の切換弁が公知である。このため、弁ハウジング内に切換部材が配置されており、制御ピストンに対して半径方向に配置される流路を切り換えることができるようにすべく、この切換部材は、制御ピストンとして直線的に摺動可能に構成されている。この解決手段は、多数の弁を使って手間をかけて管室内で充填過程と排出過程との切換が行われる旧先行技術を改善せんとするものである。
【０００４】
公知の先行技術では、交互的圧力負荷とそこから帰結する圧力衝撃が全部材の重大な材料応力を引き起こすことになる。これは弁、管室または単一の切換弁の寿命に不都合に影響し、相応に材料集約的寸法設計を必要とする。さらに、切換運動中にかなりの障害となる騒音が不利な諸帰結を伴って生じることになる。このような騒音レベルは、付加的な手間のかかる防音措置および保護措置が必要となる。
【特許文献１】米国特許第５３０６４２８号明細書
【特許文献２】米国特許第５７９７４２９号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、少なくとも２つの管室と、回転しまたは直線的に駆動される切換部材を備えた１つの被動切換弁とを有する圧力交換器システム用に、長期的に動作信頼性が高くかつ強く負荷可能な解決手段を開発することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題の解決手段では、切換弁内で被動切換部材が、液体流の方向を切り換えかつそれまで開口していた流路を遮断するとき、可変的および／または不連続的運動経過を有している。
【０００７】
この解決手段によれば、液体流の減速されるべき流れる質量による全部材の圧力負荷がかなり低減する利点を有している。部材内を流れる液体柱は、管室内部での圧力交換を保障するためにその流れ方向が交互に切換えられ、全部材にかなりの衝撃力が加えられることになる。これらの衝撃力は、その都度減速されるべき質量とその速度とから生じるものである。それまで開口していた流路の遮断時には、被動切換部材の可変的および／または不連続的運動経過によって、１管室に流入する質量流の速度の減速が行われ、これによりその衝撃が低減されることになる。
【０００８】
諸構成では、充填された１管室の遮断時に被動切換部材が低減された運動速度を有している。その際、運動速度とは時間にわたる切換部材の変位である。そして、被動切換部材の運動速度の低減は１管室の閉鎖直前または遮断直前に行われている。これらの措置でもって、流れる質量流の制御下の運動が達成され、これにより、ウォータハンマとしても知られる従来一般的な圧力衝撃は、充填された１管室の閉鎖または遮断時において十分に避けられることになる。被動切換部材のこの新規な可変的および／または不連続的制御によって、突然に減速される質量流に基づく圧力衝撃が生じないので、システム全体の圧力負荷は本質的に低減されることになる。
【０００９】
他の諸構成によれば、切換部材の運動速度の変更または低減が数ミリ秒から数秒の範囲内であり、この時間範囲は、圧力交換器の構造寸法とその中で運動する液体の質量とに依存している。低減は、切換弁の完全開口状態から完全閉鎖状態に変化するための時間範囲の総時間と見做される操作時間内に行われている。これは、圧力交換器内部で根本的に高い流れ速度の利用を可能とするものである。この措置は、ウォータハンマによる部材破損を避けるために、流れ速度の連続的低減が行われる従来利用された処理様式とはまったく異なっている。
【００１０】
別の諸構成では、低圧で充填された１管室の遮断後に被動切換部材が保持点を占め、保持点において数ミリ秒から数秒の範囲内の滞留時間の間、被動切換部材の運動速度がゼロに低減されている。管室内に交互に存在する高圧質量流と低圧質量流との間に移行ゾーンが形成され、このゾーン内には交互に流入する液体の混合が存在している。このような移行ゾーンは、それ自体公知の素材的に構成される分離体によって各管室内に形成することができ、このような素材的分離体は交換されるべき液体の間の厳密な分離を可能とするものである。
【００１１】
圧力交換器の運転時に装置内に生じる運転状態に基づいて、管室内で移行ゾーン／分離体の摺動および互いに相対的な摺動が起きることになる。移行ゾーンまたは分離体が１管室内部で間違った位置を占めるのを避けるために、これら移行ゾーン／分離体のいわゆる同期化が必要である。同期化のため、一方の管室内でその中にある流体の運動速度に関して停止が起きる一方、例えば２管システムの場合、他方の管室内にはまだ運動速度が存在することになる。
【００１２】
これらの解決手段によって、管室内で運動する質量流の速度同期化と移行ゾーンまたは分離体の互いに相対的な配分が簡単に行われることになる。管室内部に素材的に構成された分離体が圧力レベルの異なる液体の間にこのような移行ゾーンを形成するような場合、その同期化が管室内部で達成されることになる。
保持点における被動切換部材の滞留時間後、通常の運動速度へと切換部材の加速が行われている。これには、通常の駆動要素、例えば回転数および／または行程運動を変更することが可能なモータが利用されている。
【００１３】
このため他の諸構成では、切換部材の駆動モータが可変回転数および／または行程運動を有している。それとともに、切換部材の運動経過は簡単に制御され、圧力交換器システム内のその都度の状況に適合されている。このため、駆動モータは電気式、液圧式または流体力学式サーボモータとして構成されている。さらに、駆動モータは、速度および／または動力学に影響を及ぼす調節機構と接続しておくことが可能である。
【００１４】
他の諸構成によれば、管室は分離ピストンの位置および運動を検出する複数のセンサを備えており、ブースタポンプおよび切換弁の下流に調節可能な弁が配置されている。また、ブースタポンプおよび／または切換弁は、調節可能な駆動装置と接続されている。センサ、調節可能な弁および調節可能な駆動装置は、制御兼調節ユニットと接続されている。制御兼調節ユニットは、センサ信号によって管室および／または分離ピストン内への流体流の運動経過を監視し、かつ所定経過から外れると調節可能な弁および／または調節可能な駆動装置に操作信号を送ることによって圧力交換器内でそれらの機能および経過を変えるようにしている。それとともに、制御兼調節ユニットは圧力交換器の同期化を制御し調節するようになっている。これに関連して同期化とは、一方の管室内で速度変化が起きたとき、他方の管室内での流体速度の再調節のことである。圧力交換器内部の運動経過は、圧力衝撃のない切換過程に最適化されている。
【００１５】
主に被動切換弁が高圧源の下流に配置されている。これは、例えば逆浸透モジュールの出口とすることができ、そこからブラインは高い残留圧力で流出し、その圧力エネルギーが圧力交換器システムによって回収されることになる。
そして別の諸構成によれば、切換弁は単数または複数の回転駆動される切換部材を備えており、単数または複数の可逆的に直線駆動される切換部材を備え、または切換部材は回転運動と行程運動とからなる組合せ運動を実行するようになっている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の実施例が図面に示されており、以下で詳しく述べられる。
被動切換部材の可変的および／または不連続的運動経過が、図１において上下２つの線図を利用して示されている。線図の横座標にはそれぞれ時間軸ｔが示されている。運動経過は、回転運動および／または直線運動を実行できる切換部材の形式に左右されない。
【００１７】
時間軸にわたってプロットされた曲線推移は、１つの管室に流体を充填する１サイクルに関係している。時間軸ｔ上の点ｘは１つの管室の充填過程の開始時点を表す一方、点ｙは充填過程の時間的最後に相当している。
【００１８】
下側線図の縦座標には流れ横断面積ＡDFがプロットされている。これは、切換弁内の管室の間で行われる１切換過程の間に切換部材によって開口されかつ再び閉鎖される面積に相当するものである。時間区間ｘ−ｙの間に（ここには図示しない）、１管室の充填過程の１サイクルが経過している。時点ｘにおける開口運動開始から後の時点ｘ1に至るまで、切換弁内部で流れ横断面積ＡDFが完全に開口している。１管室の充填されるべき容積に依存して流れ横断面積ＡDFは、時点ｙ1に至るまで完全に開口したままである。
【００１９】
先行技術による圧力交換器システムでは、１切換弁の切換部材による１管室の閉鎖過程が既に時点ｙ1で始まっている。二点鎖線で示す線１に沿って、ｙ1で早期に開始されて時間的に連続してｙで終了する閉鎖過程が切換弁内で経過している。切換弁の流れ横断面積ＡDFは、二点鎖線１に沿って時間区間ｙ1−ｙ内で終了している。１管室内を流れる液体柱の衝撃力による装置負荷を低減させるために、時点ｙ1の早期開始が不可欠である。閉鎖運動のこのような早期開始にもかかわらず時点ｙに顕著な不利な圧力脈動が生じ、この圧力脈動は、特に公知の厄介な騒音負荷としても作用することになる。
【００２０】
本発明によれば、１管室の可変的および／または不連続的閉鎖過程はかなり遅くに時点ｙ2ではじめて始まる。閉鎖過程は、破線２に沿って行われ、制御され時間的に不連続的なおよび／または可変的運動経過であり、やはり時点ｙで終了している。先行技術と比べて本発明に係る閉鎖過程では、切換部材の一層迅速で時間的に短い閉鎖運動が行われることになる。１００％に開口した流れ横断面積ＡDFの低減開始はかなり遅い時点ｙ2ではじめて行われ、横断面積低減は時点ｙ4に至るまでにほぼ完了している。引き続く時間区間ｙ4−ｙでは、この場合、残存するごく小さな流れ横断面積ＡDF4のゆっくりとした閉鎖運動が行われている。切換弁の小さな流れ横断面積ＡDF4をゼロ値へとゆっくり閉鎖すると、騒音レベルや圧力衝撃の形成が確実に低減されることになる。
【００２１】
閉鎖運動の最終的終了直前におけるこの時間遅延によって、まだ徐々に閉鎖されるだけの流れ横断面積ＡDF4内で流れる質量の衝撃力は問題なく減少し、閉鎖過程はほぼ無圧で終了する。その結果、切換弁内部およびこのような圧力交換器システム内で切換過程のときに殆ど騒音のない閉鎖過程が得られることになる。付加的利点として、圧力脈動の低減によって材料負荷がかなり小さくなる。
【００２２】
時点ｙ3とｙとの間の実線３が理想事例に相当するものである。ここでは、閉鎖過程がなお一層遅い時点ｙ3で開始され、１００％開口した流れ横断面積ＡDFはごく短時間で時点ｙ4に至るまでに流れ横断面積ＡDF4へとほぼ閉鎖される。その後、時間区間ｙ4−ｙでは、時間的に長いまたはゆっくりとした閉鎖過程によって、比較的徐々に小さくなるだけの流れ横断面積ＡDF4内で存在する衝撃力は減少することになる。この理論的理想事例は、部材の質量慣性および調節系の無駄時間の存在によって達成不可能である。相応する駆動装置でもって、ｙ3とｙ4との間の臨界範囲内で曲線３の理想事例にごく接近することが可能である。理想事例を満たす駆動装置は、極端に短い時間内に切換部材を定位置からほぼ閉鎖位置へと駆動させなければならない。慣性質量と公知形式の駆動装置は、このような加速を限定的にのみ可能とするものである。
【００２３】
動かされるべき質量または遮断されるべき質量に依存して選択されてその都度使用される駆動モータは、切換弁内で切換部材の所要の時間的に制御された運動経過を可能とするものである。これは、無段制御可能なサーボモータとすることができ、またはさまざまな速度段を有する２段または多段駆動装置とすることもできる。
【００２４】
付加的に、ここには図示しない調節機構を利用して、水平な時間軸上でさまざまな時点ｙ2−ｙの位置をずらす可能性がある。線図において、これは時間線ｙ2、ｙ4の水平な両方向矢印で表している。単純なセンサ、例えば音響センサを利用して、装置条件または部材条件の変更によって発生する許容外の騒音状況が現れるとき、時点ｙxをずらすことによって圧力交換器システムの簡単な調節は容易に行うことができる。それとともに、切換弁内で流れ横断面積ＡDFが密に閉鎖される幾何学点は、時点ｙと一致することが保証されることになる。しかも、部材公差はごく簡単に調節技術的に補償することができる。
【００２５】
図面の上側線図には、縦座標に流体速度ｖFluidが時間軸ｔにわたってプロットされている。上側時間軸ｔにプロットされるすべての時点ｘ−ｙは、下側線図の当該時点に一致している。時点ｘで切換部材によって切換弁の開口を開始してから、１管室に流体を充填するときの迅速な速度増加が上側線図から明らかとなる。時点ｘ１で流体速度ｖFluidはほぼその極大に達し、その後はほぼ同じレベルに留まっている。
【００２６】
公知の先行技術による圧力交換器では、二点鎖線の曲線１と同様に、既に時点ｙ1で切換部材の閉鎖運動が開始され、大きな時間区間ｙ1−ｙの間および時点ｙで１つの管室が完全に遮断されている。切換部材によってそれが完全に遮断されるまで、１管室の内部での流体速度ｖFluidの減少を示す曲線１によるこのような恒常的に経過する閉鎖過程は、それ自体公知の数学的関数としてこの線図に描かれている。
【００２７】
本発明によれば、可変的および／または不連続的に経過する閉鎖過程のゆえに切換部材の閉鎖運動の開始は一層遅い時点ｙ2に行われることになる。閉鎖運動は、制御された仕方で破線の曲線２に沿って一層短い時間区間ｙ2‐ｙ内に推移し、時点ｙで終了している。上側線図では、曲線２の終了点ｙの前に時間軸ｔ上で流体の速度低下が比較的広い時間区間にわたって起き、これによりシステム全体に対する衝撃負荷が本質的に低減することが明確に認識可能となる。
【００２８】
部材公差のゆえに限定的にのみ達成可能な理想事例は、この線図に直線として表した実線３で示されている。流体速度ｖFluidの低下は時点ｙ3以降に時点ｙ3とｙとの間のごく短い時間区間Δｔ内で切換弁の切換部材の可変的および／または不連続的閉鎖運動に基づいて連続的に行われることになる。理論的理想状態が達成されるのは、
ｄｖFluid／ｄｔ＝一定                  （１）
であるときである。圧力交換器装置内の通常の部材公差の結果、この理想状態はごく稀な事例においてのみ得られる。
【００２９】
全体として、切換部材の不連続的閉鎖運動で圧力交換器システムの衝撃負荷は決定的に改善され、そこから帰結する騒音負荷は非常に強く限定されることになる。さらに、管室内で一層高い流体速度が実現され、それとともにこのような圧力交換器システムの経済性は相当な規模で改善されている。
【００３０】
管室内で交互に運動する液体柱は、それらの流れ速度によって、或る物体の運動量に一致する衝撃力を有し、この衝撃力は式
Ｉ＝ｍ*ｖFluid2          （２）
により求められる。１管室が遮断されるとそのなかを流れる液体柱がその運動を減速し、これにより
ΔＩ＝Ｉ                    （３）
の態様の衝撃変化が生じる。衝撃変化ΔＩが条件
ΔＩ＝Ｆ*Δｔ              （４）
に合致するので、式（１）と（３）を同一視すると
Ｆ*Δｔ＝ｍ*ｖFluid2    （５）
が得られる。圧力交換器システムの圧力負荷は、
ｐ＝Ｆ／Ａ                （６）
であることから、運動する液体柱の衝撃の減速時に圧力交換器システムに作用する力Ｆに比例する。したがって、Δｔの増大によって圧力負荷はごく簡単に低減される。それゆえに、それまで開口していた流路の遮断時の切換弁の可変的および／または不連続的運動経過によって、システム全体に対する衝撃負荷は本質的に低減することになる。本発明によれば、被動切換部材の運動全体の最終部分ではじめて運動速度ｗの明確な低減が圧力交換器システムの圧力負荷を同程度に低減することは認識された。これは簡単に影響を及ぼせるという主要な利点を有している。閉鎖過程時の運動経過を僅かに時間的に変更することによって衝撃力は過比例的に影響を受け、これにより全体として圧力交換器システム内で一層高い処理量および処理速度が、同時に部材寸法を低減して達成可能となる。
【００３１】
図２は例として逆浸透装置の配管システムの回路図を示しており、ここでは高圧ポンプ１が被処理流体、通常、湖水、海水、汽水の態様の水を、または下水も、単数または複数の逆浸透モジュール２へと移送するようになっている。このモジュール２内部の高い浸透圧の結果、その中に配置される膜に分離効果が現れることになる。膜の背後を浄化済み液体、いわゆる透過液が僅かな圧力で流れ落ちて集められ、他の使用部に供給されるようになっている。
【００３２】
膜の前にある流体、有害物質、通常塩を高い濃縮濃度で有するいわゆるブラインは、分離プロセス後に逆浸透モジュール２から流れ落ち、最初の源へと誘導される。圧力エネルギーの態様の高いエネルギー蓄量を利用し尽くすために、ブラインは、エネルギー回収のために切換弁７を介して、ここで２室圧力交換器として示された圧力交換器内に送られるようになっている。その管室３．１，３．２内には、圧力の影響下に摺動可能な分離ピストン４．１，４．２が配置されており、これら分離ピストンは、１管室の異なる圧力を受ける各２つの空間とそれらの液体との間に分離をもたらしている。分離ピストンが設けられていない管室を備えた装置も公知ではあるが、システムがバランスを失いまたはそれらの制御時間がもはや合わない場合、さまざまな液体の間で望ましくない混合の起きることがある。
【００３３】
図２において、単数または複数の逆浸透モジュール２から流出するブラインの高い圧力は、第１管室３．１内にある上側分離ピストン４．１を切換弁７から遠く離れた側へ加圧することになる。その際、管室３．１内で分離ピストン４．１の左側にあるまたは切換弁７から遠く離れたピストン側にある別の流体に高い圧力が伝達される。高い圧力は、供給流体とも称される圧力の低い方の流体に伝達される。管路８から取り出されるこの供給流体は、さまざまな仕方で供給することが可能であり、図示実施形態に限定されるものではない。
【００３４】
この流体は、引き続き高い圧力で圧力交換器の上側管室３．１の左側で流出し、逆止弁５を介して、配管システムの内部に配置されるブースタポンプ６へと流れることになる。逆止弁５は、高エネルギーの流体が管路８に逆流するのを防止するものである。ブースタポンプ６は、逆浸透モジュール２内で浸透プロセス時に発生する僅かな圧力低下を補償するだけである。圧力交換器によるエネルギー回収の結果、ブースタポンプ６は、逆浸透モジュール２の内部で失われる圧力差を調整することになる。したがって、高圧ポンプ１はエネルギー回収のない装置におけるよりもはるかに小型に、従って安価に設計されている。
【００３５】
供給流体とも称される被処理流体は、管路８を通って高圧ポンプ１へと流れるようになっている。管路８から分岐するものとしてここでは逆止弁５を備えた２つの分岐９．１，９．２が図示されており、流体または供給流体の部分流はこれらの分岐を通して圧力交換器の管室３．１，３．２へと流れる。装置の機能にとってこの供給方式は不可避なものではない。圧力交換器への流体供給の別の方式や高圧ポンプ１も使用することができる。重要なのは、管室３．１，３．２に至る管路９．１，９．２内に、逆止弁５側の管室末端から逆止弁５および分離ピストン４．１または４．２を通って切換弁７側の別の管室末端へと流体を動かすのに十分な上流圧力が存在することである。
【００３６】
分離ピストン４．１が第１管室３．１の内部で図面左側の逆止弁５側にある管室末端に達すると、切換弁７が切り換わり、これにより第１管室３．１用に圧力の低い領域との接続が実現される。このとき、供給部９．１から伴流する供給流体の上流圧力は、分離ピストン４．１を新鮮流体で、また管室３．１内にある減圧されたブラインを右方向に切換弁７へ加圧し、上側管室３．１から押し出すのに十分である。ブラインの流下は、切換弁７とこれに結合された管路１０とを通して行われる。第１管室３．１からブラインを吐き出す過程の間、切換弁７を介して下側第２管室３．２には、高いブライン圧力が同時に負荷されている。
【００３７】
図２では、減圧されたブラインの吐き出し過程が下側第２管室３．２内に示されている。切換弁７の適宜な周期的切換によって、両方の管室３．１，３．２の交互的圧力負荷が、従って効率的エネルギー回収が行われることになる。
【００３８】
圧力交換器の切換過程のときに発生する圧力衝撃は、逆浸透モジュール２内の膜を危うくする。本発明によれば、装置の調節が行われ、切換弁７からブラインを排出する管路１０中に調節可能な弁１１が配置されている。さらにブースタポンプ６の領域には他の調節可能な弁１２が配置されており、ブースタポンプ６は選択的に調節可能な駆動装置１３を備えている。
【００３９】
管室３．１，３．２は複数のセンサ１４，１５を備えており、センサ１４は一方で分離ピストン４．１，４．２の位置検出に使用され、他方でその都度の速度を検出するのに使用されている。センサ１５は、分離ピストンの可能な端位置を検出するのに用いられている。センサ信号はすべて制御兼調節ユニット１６に供給されており、このユニットは切換弁７のサーボモータ１７と調節可能な弁１１，１２もしくは調節可能な弁１１とブースタポンプ６の調節可能な駆動装置１３とに操作信号を提供している。調節可能な弁１１，１２は、アクチュエータを備えた弁として、または位置調節器を備えた弁として、構成しておくことが可能である。それらを利用した制御兼調節ユニット１６によって装置全体の切換の厳密な経過が可能である構造様式となっている。
【００４０】
このような逆浸透膜の支障のない運転を保証するために、膜に対し連続的供給流が起きている。これは、管室内で分離ピストンの異なる運動速度によって確保されている。図面中の矢印は、分離ピストンの運動方向を示している。図２の実施例において、管室３．１には高圧流体が充填される一方、下側管室３．２には新鮮供給流体が負荷され、減圧されたブラインが管路１０を介して流れ落ちることになる。その際、分離ピストン４．２は低圧で負荷された下側管室３．２内を、高圧で負荷された高圧室３．１内の分離ピストン３．１よりも速い速度で動くようになっている。この理由から分離ピストン３．２は管室末端のその反転点に最初に到達することになる。反転点への到達は、センサ１４から制御兼調節ユニット１６に伝えられ、それを受けて制御兼調節ユニットから切換弁７の駆動モータ１７に操作信号が提供される。切換弁７が切り換わり、管室３．１，３．２内の圧力が交換される。この時点で、端位置にある分離ピストン４．２はその運動方向を反転し、逆方向で逆止弁５の方に加速され、両方の分離ピストン４．１，４．２は高圧流体をブースタポンプ６の方向に供給する。管室３．１の分離ピストン４．１がその反転点に到達する前に、両方の室３．１，３．２とそれらの分離ピストンが高圧流体をブースタポンプ６の方向に供給する時間範囲は秒範囲内である。
【００４１】
他のセンサ１５は各管室の末端に配置されており、運転条件の変更に基づいて分離ピストンがこのような端位置または死位置に到達するとき、制御兼調節ユニット１６への信号伝送を保証するものである。その場合、センサ１５が警報信号を提供し、この警報信号を利用して制御兼調節ユニット１６は調節可能な弁もしくはブースタポンプの駆動装置および／または切換弁７の駆動装置に対する操作信号によって分離ピストンの運動経過の新たな同期化を開始する。これに関連して同期化とは、一方の管室内で速度変化が起きたときの他方の管室内での流体速度の再調節のことである。この同期化効果は、圧力交換器のみが調節される場合にも現れる。その場合、ブースタポンプはその絞り曲線を介して追従するようになっている。
【００４２】
センサ１４を利用して、圧力交換器の各圧力交換サイクルごとに分離ピストン４．１，４．２のその都度の反転点も速度も測定され、各運転条件はピストン速度の変化によって求められる。これは、このような圧力交換器を装備した装置の始動運転にも終了運転にも当てはまる。
【００４３】
切換弁７の駆動モータ１７を利用して、制御兼調節ユニット１６が切換サイクルごとに、しかも１切換サイクル中にも、直ちに反応できるという本質的利点が得られる。さらに、制御兼調節ユニット１６が並列回路または直列回路で複数の圧力交換器の運転および同期化を確実に調節できるという利点が得られる。圧力交換器の管室３．１，３．２内の流れを恒常的に速度測定すると、装置のブースタポンプが回転数調節式駆動装置１３を備えているとき、インタフェースを利用してこれらのデータがこのブースタポンプに直接転送されるという他の利点が得られる。一方、ブースタポンプが固定回転数式駆動装置のみ有する場合、ブースタポンプ６の下流では、絞り弁として働く調節可能な弁によって出力に影響を及ぼすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】線図である。
【図２】装置の回路図である。
【符号の説明】
【００４５】
Ａ＝面積（ｍ2）
ＡDF＝流れ横断面積（ｍ2）
Ｆ＝力（Ｎ）
ｐ＝圧力（ｂａｒ）
Ｉ＝衝撃（ｋｇｍ／ｓ）
ΔＩ＝衝撃変化（ｋｇｍ／ｓ）
ｍ＝質量（ｋｇ）
ｗ＝切換部材の運動速度（°／ｓまたはｍ／ｓ）
Δｔ＝時間変化（ｓ）
ｖFluid＝１管室内の流体速度（ｍ／ｓ）
【図１】
2005177753.tif 000003
【図２】
2005177753.tif 000004